¿Por qué no el color de una molécula de una combinación de los colores de su componente de los átomos?

Question

Yo estaba viendo un documental en youtube sobre la Física Cuántica, cuando se introdujo la longitud de onda de la luz emitida. Hizo un poco más de investigación a través de internet y creo que entender la esencia de por qué cada átomo emite diferentes colores. He aquí un breve resumen de lo que he leído:

Un átomo de un elemento en particular tiene varias conchas de electrones, y cada capa tiene una energía diferente. Cuando los átomos se calientan, algunos de los electrones pueden saltar hasta conchas con mayor energía, pero no se quedan ahí por mucho tiempo. Cuando los electrones caen de nuevo a la menor energía de shell, que emiten que la energía de un fotón (una "partícula" de la luz). La cantidad de energía de los fotones es la diferencia de energía entre las dos conchas, y determina la longitud de onda de la luz.

Con todos los que se toman en consideración, por qué es que una molécula no es una combinación de sus componentes átomos? Más precisamente, ¿cómo es el color de una molécula determinada?

Answer 1

Voy a hacer que los profesores de la cosa y de vuelta a su pregunta en torno a ti. ¿Por qué no el espectro del átomo de litio sólo el espectro del átomo de hidrógeno, más el espectro del átomo de helio? Y, para el caso, ¿por qué el helio espectro no simplemente dos copias, de alguna manera, el espectro del hidrógeno? ¿Por qué los átomos tienen el único de los espectros en el primer lugar?

La respuesta a mi pregunta es que un átomo con el número de protones $Z$ puede tener una manera fundamentalmente diferente espectro de excitación (y química) de algún otro átomo con el número de protones $Z+1$ debido a que el electrón adicional interactúa con todos los demás electrones que estaban en el átomo ya.

Esa es también la respuesta a supregunta. De la misma manera, cuando se combinan dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno para formar agua, no hay un "hidrógeno el electrón" de la misma manera como en un simple átomo de hidrógeno, o incluso una molécula de hidrógeno. "El hidrógeno de electrones" en una molécula de agua está interactuando con ambos núcleos de hidrógeno, y oxígeno núcleo, y los otros nueve de los electrones en el sistema, lo que hace que su espectro de excitación fundamentalmente diferente del espectro de un electrón interactúa con un protón libre.

Answer 2

Las moléculas no son sólo las sumas de sus átomos que la constituyen. Hay muchos tipos diferentes de bonos que implican diferentes patrones en la superposición de los electrones de los orbitales, y que afectan a los niveles de energía de los electrones pueden ocupar - estoy asumiendo que la QP de video que haya visto, explicó cómo "de color" se refiere a la energía de los electrones de los niveles.

El (hidrógeno-como-)el átomo caso es sólo el más simple posible escenario - en realidad es posible calcular exactamente. Los iones/átomos con más de un electrón es un poco más complicado, así que realmente sólo pueden aproximar a los. Los electrones en los orbitales de interactuar no sólo con el núcleo (que se puede aproximar a ser un punto de carga para nuestro escenario), pero también uno con el otro - y esa es la parte difícil. Ahora, cuando bond dos átomos para formar una molécula, que ha añadido otro montón de electrones para preocuparse; que se "deforman" de cada uno de los orbitales, incluso aquellos que no están involucrados en la unión directamente (aunque sólo un poco).

Por ejemplo, considere el "simple" la molécula de hidrógeno:

Mientras que los componentes de los átomos de hidrógeno en su propia normalmente tendrían simple de los orbitales 1s, que son "esférico", se puede ver que los electrones en la molécula se encuentran en los orbitales que son "aplastada". Por supuesto, esto significa que los niveles de energía de estos electrones pueden ocupar han cambiado, y por lo tanto también la forma de interactuar con el incidente de fotones. Y esto es sólo una simple molécula, compuesto de dos átomos de hidrógeno. Realmente no hay nada más fácil que esto. Ahora imagine algo un poco más complejo, como la rhodopshins que nos dan la visión monocromática - esos son proteínas compuestas de miles de átomos individuales. Mientras que sólo una pequeña parte de esta proteína participa de hecho en la absorción de la luz incidente, esto sólo destaca lo complicado que es esto realmente es para el mundo real de los propósitos.

Así que, ¿por qué te preocupas por los espectros de los átomos, cuando realmente no encontrar demasiados "libre" de los átomos en la naturaleza? Además de la comprensión de la física de los involucrados, la razón por la astronomía es el plasma. La superficie de una estrella que se formó a partir de los iones individuales, no de las moléculas. Para que podamos ver lo que la estrella es el hecho de que mediante la observación de su espectro. Y, por supuesto, usted no está limitado a sólo el uso de espectros atómicos - usted puede notar que cuando por ejemplo, la determinación de la composición de la atmósfera de Júpiter, en realidad estamos buscando la "firma" de cosas como el metano o el dióxido de carbono - que cada una deja su marca distintiva. De la misma manera, podemos decir que la diferencia entre átomos de hidrógeno y el hidrógeno de las moléculas. De la misma manera, el ozono tiene un diverso espectro de absorción de simple di-molécula de oxígeno, que es por qué el ozono nos protege de la luz ultra-violeta, mientras que di-oxígeno no.

Answer 3

La respuesta es que el color es determinado por el electrón transiciones entre los diferentes estados de energía. Los niveles son diferentes en las moléculas que se encuentran en el componente de átomos donde sólo hay una fuerza central en los átomos, mientras que las múltiples cargas positivas en las moléculas crea un complejo campo potencial para que los electrones se mueven dentro.

Las moléculas se forman porque hay una reducción en la energía electrónica que está permitido por la adyacencia de sus núcleos positivos. Esencialmente el exterior de los electrones en una molécula son compartidos por los núcleos adyacentes y este compartir significa que puede tener menor energía total. (Estrechamente vinculado electrones tienen energías más altas.) El mayor "rango de movimiento" también permite que estos electrones tienen menor energía de las transiciones. El interior de los electrones en general no están contribuyendo mucho a la de color, que es realmente la capacidad de absorber los fotones en el rango visible, mientras que los electrones más externos se convierten compartido o des-localizada entre los núcleos. La mayoría de las moléculas que pensamos como "de color" en realidad son más grandes moléculas donde las transiciones de electrones se están produciendo a lo largo de múltiples núcleos. Pensar en caroteno (el compuesto que dan a las zanahorias su color) donde varios adyacentes dobles enlaces alternados con enlaces simples proporcionan una larga "pista" para los electrones "slide" de ida y vuelta.

http://www.800mainstreet.com/elsp/Elsp.html

"Los colores" de moléculas no son realmente determinado por las interacciones con los núcleos, de cualquier modo, sino con un electrón en la "nube" en torno a varios núcleos. Los electrones son "compartidas" entre los núcleos que es la fuente de la unión de las energías. La razón por la shell modelo de transiciones de electrones es inadecuada, es que el potencial de "movimiento" de los electrones se convierte en des-localizada alrededor de los diversos núcleos en una unión covalente de la molécula. Es uno de esos conceptos que hace que la química orgánica, así que ... ¿cuál es el término correcto ...vibrante?.

Es, posiblemente, útil pensar de los electrones en las moléculas como "elástico" en 3 dimensiones y sus frecuencias de resonancia determinada por los límites de sus electrones "orbitales". La página de la Wikipedia en orbitales moleculares tiene una gran cantidad de útiles de fondo y las ilustraciones. Compuestos orgánicos con varios dobles enlaces cerca el uno del otro son a menudo de color en el rango visible del espectro. ¿De buscar más sobre "carotenoides", que son los colores de los productos químicos en las hojas que les dan los rojos, amarillos y naranja, los colores del Otoño. Del mismo modo el más famoso de la fotosíntesis de la molécula de la clorofila tiene una bastante amplia resonancia que está junto a una exquisita cascada química de la cosecha visible la energía del fotón.